弧底梯形渠道实用经济断面计算及施工

弧底梯形渠道实用经济断面计算及施工

摘要:水流比较稳定,水深变幅小,不易淤积或冲刷,在适当的地形条件下,挖填方量可以平衡,但在相同的水位下所需的过水断面较大。根据弧底梯形渠道的水力最佳断面计算公式介绍了实用经济断面的计算方法和实际应用中的计算步骤及该断面的衬砌方法。

关键词:弧底梯形渠道;经济断面计算;渠道衬砌

1弧底梯形渠道实用经济断面计算方法

弧底梯形渠道的水力最佳断面是指断面面积一定而通过流量最大的断面。按以下各式计算:

Ho=1.542

r0=H0

b0=2H0/

ω0= +mH02

式中,H0 为水力最佳条件下的渠道水深;r0 为水力最佳条件下的渠底圆弧半径;b0 为水力最佳条件下的弧形底的长(即弦长);ω0 为水力最佳条件下的过水断面面积;X0 为水力最佳条件下的湿周;θ为圆心角;i 为渠道纵坡;Q为渠道设计流量;n 为糙率系数;m为渠道内边坡系数。

在弧底梯形渠道实用经济断面计算实际设计时多采用即符合水力最佳断面的要求又能适应各种具体情况需要的实用经济断面。这种断面,其渠道设计流速比水力最佳断面的流速增加2%～4%,即过水断面面积较水力最佳断面面积减小2%至增加4%,在此范围内仍可认为基本符合水力最佳条件。但流速在增加2%至减少4%的范围内,其水深变化范围则为水力最佳断面水深的68%～160%,其相应的底宽(即弦长) 范围则为29%～40%。当流量Q、纵坡i、糙率n、边坡系数m为已定时,弧底梯形渠道水力最佳断面与实用经济断面之间关系公式为:

AKr2+BKr+C=0

A=2(2m-2 )-2α4(2m+θ) +2m-

B=4 (2m-2 +θ)-4α4(2m+θ) +2m-

C=4(1+m2)-2α4(2m+θ)m

式中, Kr 为实用经济断面与水力最佳断面的过水断面面积之比;α为实用经济断面对水力最佳断面偏离程度的系数,等于实用经济断面面积与水力最佳断面面积之比。

实用经济断面计算步骤:

①根据已知条件Q 、i、m、n,计算水力最佳断面的水深H0、过水断面面积ω0、湿周X0 。

②选择几种拟采用进行比较的α值。α值一般采用1～1.04。

③针对每种α值计算出相应的弧底半径与水深之比值Kr 。

④计算出相应于不同值的水深H、弧底半径r、弦长b、过水断面面积ω、湿周X 。

⑤利用v=Q/(αω0) 计算出相应的断面平均流速。

⑥绘制渠道特性曲线。

⑦根据各类实用经济断面对H的要求,比较后确定选用方案。

⑧根据选定确定的方案,计算出r、b、ω、X 。

2弧底梯形渠道衬砌

2.1材料验收

弧底梯形渠道衬砌所需的材料要严格逐类验收。大卵石必须在天然河床上采集,粒径≥20cm,要求石质坚硬,表面干净整洁;砂石料要求一律过筛。碎石粒径0.50～1.50cm,2～4cm,砂子宜用天然河床石英砂,含污量≤4%,水洗清洁,天然级配良好。对于不同标号的水泥,通过抽拌检验,技术性能和抗压强度应满足规范要求,水泥标号选用为425号。对于受潮或贮存期过长造成板结变质的水泥坚决禁止使用,以提高施工质量。

2.2渠道放样

弧底梯形渠道衬砌放样以20m为一放线段,10m处加桩复核及撑线。渠底每5m安装一块弧形混凝土预制构件进行放样,所安装弧形预制件的轴线及高程位置必须与相应渠段中心轴线和设计高程线相吻合,弧顶与边坡切点为边坡起点的高程。根据断面大小要求,渠底放5～9根纵线、1根滑动横线,横线不能过紧、过松,应与各条纵线自然搭接为宜,以保证弧底圆滑。

2.3渠道衬砌

渠底衬砌首先采用干砌石进行砌筑,砌筑时从下游向上游、从中间到两边砌筑,砌石垂直于弧面不倾斜,边线要顺直,顶面要平整,起伏误差≤5mm。以5m为单位进行验收,合格后用C15细砾混凝土一次性灌浆,要求灌浆饱满密实,用原浆压实、抹光。弧面与坡面切点处纵向应顺直,横向应留10cm深L形槎头,以便与渠坡砌石结合;渠坡衬砌采用C15细砾混凝土砌筑,砌筑前先清理、冲洗待砌坡面及槎头,然后在接槎处刷水泥素浆1遍,再铺C15混凝土进行砌筑。侧坡砌石顶面低于设计坡面3cm。砌石层与层、块石与块石之间留2～3cm的浆缝,缝内灌浆要饱满密实,在砌石与垫层之间必须使用挡浆板分隔,灌浆后再铺筑垫层石。要求砌石横向砌筑,保证砌石厚度,严禁使用达不到尺寸的小卵石进行堆砌,薄片石平砌或瓷片式立砌的砌筑方法。渠坡表面采用C20细砾混凝土浇面。在浇面前先将砌石缝内杂物及浮浆清理干净并刷毛,然后洒水湿润后,用水泥素浆刷1遍,再用混凝土逐层填筑饱满并反复抹拍至压实抹平,达到设计平整度后再压实抹光,达到浆实面平的要求。成型后坡面起伏误差≤1cm,每个施工段(5cm)的渠底灌浆或渠坡坐浆砌筑要一次性连续完成,防止造成新的冷缝和接槎;渠道封顶采用C15细砾封顶,封顶高度应严格按照渠顶高程进行控制,要求线条顺直,顶面平整光滑,渠坡相应位置处设置伸缩缝。

2.4养护

砌体完成后,须用麻袋或草袋覆盖,并经常洒水养护,保持表面潮湿,以形成砌体良好的水硬化条件。养护时间一般不少于5～7d,冬季期间不再洒水,而应用麻袋覆盖保温。在砌体未达到要求的强度之前,不得在其上任意堆放重物或修凿石块,以免砌体受振动破坏。

3结论

弧底梯形断面的最佳水力计算,求出接近工程实际的经济断面,这对降低工程造价,提高经济效益具有重要的实际意义。在砂砾石地层选用弧底梯形断面,具有水力条件好、渠底能抵抗较大的浮托力,适合在实际工程建设中推广使用。

参考文献

[1] 左东启,顾兆勋,王文修.水工设计手册(8卷)[M].北京:水利电力出版社,2006.

[2] 荣丰涛,荣榕.弧形底梯形渠道的实用经济断面计算[J].山西水利科技,2008,(6).

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